Entre las 10 máquinas de movimiento perpetuo diseñadas por humanos, ¿han tenido éxito las dos últimas?
La historia de la investigación y el desarrollo de las máquinas de movimiento perpetuo
La primera máquina de movimiento perpetuo que nunca triunfó.
¿La idea de una máquina de movimiento perpetuo se originó en la India, en el año 1200 d.C.? En la época de la máquina de movimiento perpetuo, la idea se extendió desde la India al mundo islámico y de allí a Occidente. En Europa, uno de los primeros diseños de movimiento perpetuo más famosos fue propuesto por un francés llamado Hennecau en el siglo XIII. Como se muestra en la imagen: hay un eje giratorio en el centro de la rueda, 12 varillas cortas móviles están instaladas en el borde de la rueda y una bola de hierro está instalada en un extremo de cada varilla corta. El diseñador del esquema creía que la bola de la derecha estaba más alejada del eje que la bola de la izquierda, por lo que el momento de rotación producido por la bola de la derecha era mayor que el momento de rotación producido por la bola de la izquierda. De esta forma, la rueda girará sin cesar en la dirección que señala la flecha, impulsando la rotación de la máquina. Este diseño ha sido copiado por muchas personas en diferentes formas, pero nunca ha sido copiado infinitamente. Un análisis cuidadoso revelará que aunque cada bola de la derecha genera un gran torque pero tiene una pequeña cantidad de bolas, cada bola de la izquierda genera un pequeño torque pero tiene una gran cantidad de bolas. Por lo tanto, la rueda no seguirá girando ni realizando trabajo externo, sino que sólo oscilará unas cuantas veces y luego se detendrá.
¿Qué pasó después? ¿La Italia del Renacimiento? ¿Leonardo da V? Un dispositivo similar se incorporó a la máquina de movimiento perpetuo inci (1452-1519). Al diseñar, creía que la bola pesada de la derecha estaba más lejos del centro de la rueda que la bola pesada de la izquierda. La rueda siempre giraría en la dirección de la flecha debido al desequilibrio en ambos lados, pero el experimento. los resultados fueron negativos.
Leonardo Da Vinci llegó a la conclusión de que es imposible lograr una máquina de movimiento perpetuo. De hecho, según el principio de equilibrio de palanca, en los dos diseños anteriores, aunque cada peso de la derecha tiene un mayor efecto de rotación en la rueda, el número de pesos es menor. Cálculos precisos pueden demostrar que siempre habrá una posición adecuada donde los efectos de rotación opuestos (torques) ejercidos por los pesos en los lados izquierdo y derecho de la rueda sean exactamente iguales y se cancelen entre sí, de modo que la rueda alcance el equilibrio y se detenga. .
65438+¿Un maquinista en la Italia de los años 70? Steyer también propuso el diseño de una máquina de movimiento perpetuo. Stell creía en el diseño que el agua que fluye desde el tanque de agua superior impacta la rotación de la rueda hidráulica, y la rueda hidráulica impulsa la rueda hidráulica para que gire. Al mismo tiempo, un conjunto de engranajes impulsa la bomba de tornillo para levantar la. agua del depósito al tanque de agua superior nuevamente. Pensó que todo el dispositivo podría seguir funcionando así, funcionando de manera eficiente. De hecho, cada vez fluye menos agua al tanque y pronto toda el agua del tanque fluye al depósito de abajo y la turbina deja de funcionar. La flotabilidad también es una buena ayuda en el diseño de máquinas de movimiento perpetuo. Es un famoso diseño de movimiento perpetuo de flotabilidad. Una serie de bolas, envueltas alrededor de las ruedas superiores e inferiores, pueden girar como una cadena. Algunas bolas de la derecha se colocan en un recipiente lleno de agua. El diseñador cree que si no hay un recipiente de agua en el lado derecho y el número de bolas en los lados izquierdo y derecho es igual, la cadena estará equilibrada. Las bolas de la derecha están sumergidas en agua. Cuando el agua las hace flotar, el agua las empuja hacia arriba, lo que hace que toda la cadena de bolas gire alrededor de las ruedas superior e inferior. Hay una pelota en el agua. Se agrega una bola debajo, por el fondo del recipiente. ¿Así para siempre? ¿Es porque la máquina de movimiento perpetuo no se ha construido porque es técnicamente difícil dejar que la bola que está debajo pase por el fondo del contenedor sin fugas? La dificultad técnica no es el problema principal, es una cuestión de principios de diseño. Cuando la bola de abajo pasa por el fondo del recipiente, soporta la presión del agua de arriba, al igual que el fondo del recipiente, y como está en el fondo del agua, la presión es muy alta. Esta presión hacia abajo contrarresta la flotabilidad de la pelota que está arriba y la máquina hidrodinámica no permanecerá quieta para siempre.
Además, ¿también se ha propuesto utilizar la inercia de las ruedas para fabricar tubos finos? ¿Acción capilar? Varios diseños de máquinas de movimiento perpetuo que podían obtener energía efectiva, como la fuerza electromagnética, fracasaron sin excepción. De hecho, en todos los diseños de máquinas de movimiento perpetuo, siempre podemos encontrar una posición de equilibrio, donde las fuerzas simplemente se cancelan entre sí y ya no hay ninguna fuerza impulsora que la haga moverse. Todas las máquinas de movimiento perpetuo inevitablemente se detendrán en esta posición de equilibrio y quedarán impotentes. Desde la época gótica, ha habido cada vez más diseños de este tipo. Durante los siglos XVII y XVIII se propusieron diversos diseños de máquinas de movimiento perpetuo, entre ellas las "bombas de agua de tornillo", la inercia de las ruedas, la flotabilidad o acción capilar del agua, la repulsión entre polos magnéticos similares, etc. El tribunal reunió a varios diseñadores que intentaban ganar dinero con este invento ilusorio. Tanto las personas cultas como las incultas creían que era posible una máquina de movimiento perpetuo. La misión atrajo a los investigadores como un espejismo, pero todas estas propuestas fracasaron sin excepción. Permanecieron en el mismo lugar durante varios años sin producir ningún resultado. A través de la práctica y la experimentación continuas, la gente se dio cuenta gradualmente de que cualquier máquina que realiza un trabajo en el exterior consume energía. Una máquina no puede realizar un trabajo sin consumir energía. ¿Algunos científicos famosos en esta época? ¿Stavin? Huygens y otros habían comenzado a darse cuenta de que era imposible crear mecánicamente una máquina de movimiento perpetuo.
A mediados del siglo XIX, una serie de trabajadores científicos hicieron grandes contribuciones a la comprensión correcta de la relación de transformación mutua entre la transformación de la función de calor y otras formas de movimiento material. Se han descubierto las leyes de conservación y transformación de la energía.
La gente se da cuenta de que todas las sustancias en la naturaleza tienen energía. La energía tiene varias formas y puede convertirse de una forma a otra y transferirse de un objeto a otro. La cantidad total de energía permanece sin cambios durante el proceso de transformación y transferencia. La ley de conservación y transformación de la energía proporciona una base científica más precisa y rica para el materialismo dialéctico. Atacó efectivamente la visión idealista de que el movimiento material puede crearse y destruirse a voluntad, y destrozó por completo el sueño del movimiento perpetuo. Después de que fracasaron todos los intentos de crear la primera máquina de movimiento perpetuo, ¿alguien soñó con crear otra máquina de movimiento perpetuo, con la esperanza de no violarla? La primera ley de la termodinámica, y es económica y conveniente. Por ejemplo, ¿este tipo de motor térmico puede absorber directamente el calor del océano o de la atmósfera y transformarlo por completo? Trabajo mecánico. Debido a que la energía del océano y la atmósfera es inagotable, esta máquina térmica puede funcionar sin cesar y también es una máquina de movimiento perpetuo. Sin embargo, sobre la base de una gran experiencia práctica, ¿los físicos británicos? Kelvin propuso un nuevo principio general en 1851: es imposible que la materia absorba calor de una única fuente de calor y lo convierta en trabajo útil sin otros efectos. De esta forma, la segunda idea del movimiento perpetuo quedó hecha añicos. Hay infinitos diseños de máquinas de movimiento perpetuo que han fracasado bajo el riguroso escrutinio de la ciencia y las pruebas despiadadas de la práctica. En 1775, la Academia Francesa de Ciencias anunció que "las instituciones universitarias ya no revisarían todos los diseños de máquinas de movimiento perpetuo". Esto demuestra que la comunidad científica de aquella época se había dado cuenta, a partir de una larga experiencia acumulada, de que no había esperanzas de éxito al intentar crear una máquina de movimiento perpetuo. La idea del movimiento perpetuo ha durado cientos de años en la historia de la humanidad. La refutación de esta idea no solo favorece la comprensión correcta de la ciencia por parte de las personas, sino también la comprensión correcta del mundo. La energía no se puede crear ni destruir de la nada; sólo se puede convertir de una forma a otra o transferir de un objeto a otro. Durante el proceso de transformación y transferencia, la suma de energía no cambia. Esta es la ley de conservación de la energía. Por tanto, no se puede construir el primer tipo de movimiento perpetuo. La transformación y transferencia de energía son direccionales, al igual que el calor puede transferirse espontáneamente de un objeto caliente a un objeto frío, pero no puede transferirse espontáneamente de un objeto frío a un objeto caliente sin causar otros cambios, por lo que el segundo tipo no puede hacer una máquina de movimiento perpetuo. Algunas personas todavía piensan que según la primera ley de Newton, ¿un objeto puede moverse infinitamente por inercia sin fuerza? Moviéndome en línea recta a velocidad uniforme, quiero hacer experimentos en el espacio exterior. Pero la tecnología de la época no lo permitía. Newton también propuso la ley de la gravitación universal, es decir, dos objetos cualesquiera en la naturaleza se atraen entre sí. Por lo tanto, el objeto se detendrá después de mucho tiempo (o sólo unos minutos) y no es posible que permanezca quieto para siempre.
Aunque muchas personas se esforzaron, resultó que todos fracasaron sin excepción. El movimiento perpetuo es una ilusión que nunca tendrá éxito porque viola una de las leyes más universales de la naturaleza, la ley de transformación y conservación de la energía. El famoso científico Leonardo da Vinci propuso la idea de que el movimiento perpetuo es imposible ya en el siglo XV. Una vez diseñó una rueda, como se muestra en la figura, con una serie de contenedores instalados en el borde de la rueda, que contenían algo de mercurio. Pensó que el movimiento del mercurio en el recipiente podría hacer que la rueda girara para siempre, pero después de un estudio cuidadoso, llegó a una conclusión negativa. A partir de muchos diseños similares, se dio cuenta de que su intento de crear una máquina de movimiento perpetuo estaba condenado al fracaso. Escribió: "¡Fantasía del movimiento eterno! ¡Qué inútil es tu exploración! ¿O? ¡Las máquinas de movimiento perpetuo van y se convierten en buscadores de oro!" Sin embargo, en los cientos de años posteriores al siglo XV, la actividad de creación de máquinas de movimiento perpetuo nunca se detuvo.
Por ejemplo, en el siglo XVII, un prisionero llamado Malkis fue encarcelado bajo la Torre de Londres en Inglaterra. Construyó una "máquina de movimiento perpetuo" giratoria como se muestra en la imagen. El diámetro del patín es de 4,3 metros y 40 bolas de acero, cada una de las cuales pesa 23 kilogramos, se mueven a lo largo del exterior de las alas de los radios para aumentar el par. Cuando la rueda gira a una posición alta, la bola de acero rodará automáticamente hacia el centro. Se dice que le realizó el dispositivo al rey Carlos I de Inglaterra. El rey se alegró mucho y lo perdonó. De hecho, esta máquina depende de la inercia para mantener el movimiento a corto plazo.
Máquina de movimiento perpetuo de brazo blando
En el siglo XIX, alguien diseñó un mecanismo especial, como se muestra en la imagen. Sus brazos se pueden doblar. Hay una ranura en el brazo a lo largo de la cual la bola rueda hasta el final del brazo extendido, agregando torque. Girando hacia el otro lado, los ágiles brazos comenzaron a doblarse y acercarse al eje. Los diseñadores pensaron que esto permitiría que la máquina ganara par. Sin embargo, ¿no se lo esperaba? Aunque el brazo de momento se acorta, la resistencia aumenta y el corredor sólo puede detenerse en el lugar.
Máquina de movimiento perpetuo con espiral de Arquímedes
En 1681, el famoso médico británico Vlad propuso utilizar la espiral de Arquímedes para elevar el agua de la piscina hasta un lugar alto (como la Figura), y luego el agua ascendente impulsa la turbina. La turbina hidráulica no sólo puede impulsar la rueda hidráulica para realizar trabajo, sino que también permite que la espiral de Arquímedes eleve agua continuamente. Si esto continúa, ¿ya no tendremos que preocuparnos por la sequía? En ese momento, mucha gente le respondió, se propusieron una tras otra varias turbinas automáticas y hubo una locura.
Movimiento magnético perpetuo
Hacia 1570, un profesor italiano Tesniers propuso que se podía lograr el movimiento perpetuo mediante la atracción de imanes. Su diseño se muestra en la imagen. a es un imán. La bola de hierro C puede ser atraída por el imán y rodar por la superficie inclinada. Cuando llega a la parte superior E, cae del pequeño orificio B, regresa a través de la superficie curva BFC y es atraída por el imán. De esta manera, la bola de hierro puede continuar moviéndose a lo largo del camino en espiral. ¿Quizás no lo había establecido entonces? La ley de Coulomb establece que la magnitud de la fuerza del campo eléctrico es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Lo absurdo de esto se vuelve claro si lo piensas más.
Hay muchos ejemplos similares, por lo que no entraré en detalles aquí. Bastarán algunos nombres para mostrar cuán extendida y atractiva es esta actividad inútil.
Por ejemplo: máquina de movimiento perpetuo de tensión superficial, máquina de movimiento perpetuo de flotabilidad, máquina de movimiento perpetuo de imán permanente, automóvil automático, lavadora automática, etc. Mientras que algunas personas están interesadas en crear máquinas de movimiento perpetuo, los científicos están comprendiendo gradualmente las leyes objetivas de la naturaleza a partir del estudio de las teorías mecánicas básicas.
Después de Leonardo da Vinci, Steven escribió un libro "Fundamentos de la estática" en 1568, en el que planteaba claramente la opinión de que el movimiento perpetuo no se puede realizar cuando se analiza la descomposición de fuerzas en un plano inclinado. La ilustración que utilizó está dibujada en la portada del libro, como se muestra en la imagen, que dice: "La magia no es magia". Pase 14 bolitas de igual peso uniformemente a través del hilo para formar una cadena de bolas conectadas de extremo a extremo. y colóquelo en la pendiente. Consideró que el "movimiento interminable de la cadena era absurdo", por lo que ambas partes debían estar equilibradas.
En 1775, los científicos franceses aprobaron solemnemente una resolución negándose a probar una máquina de movimiento perpetuo. Está registrado en el libro "Historia de la Academia Francesa de Ciencias": "Este año, la Academia aprobó una resolución por la que decidió negarse a escuchar las respuestas a las siguientes preguntas: cubos, trisecciones de ángulos, cuadrados iguales al área de un círculo, y cualquier cosa que muestre la eternidad "Máquina en movimiento".
Y explicó: "La construcción de una máquina en movimiento perpetuo es absolutamente imposible. Incluso si la fricción y la resistencia en el medio no destruyen finalmente la potencia original, esta potencia no se puede generar con la causa. Efectos iguales si imaginamos que la potencia puede funcionar continuamente, el efecto será infinitamente pequeño durante un cierto período de tiempo. Si se reducen la fricción y la resistencia, el movimiento inicial. tienden a continuar pero no pueden interactuar con otros objetos. La desventaja de estos estudios es que son extremadamente caros y no sólo destruyen a una familia, sino también a los técnicos que podrían haber prestado un gran servicio al público. tiempo e inteligencia. “Sin embargo, incluso frente a advertencias tan claras de la Academia de Ciencias de Francia, la campaña para crear una máquina de movimiento perpetuo continuó.
A mediados del siglo XIX se había establecido la ley de conservación de la energía.
En 1861, el ingeniero británico Derkes recopiló una gran cantidad de información y escribió un libro titulado "Máquinas de movimiento perpetuo en los siglos XVII y XVIII", advirtiendo a la gente que no soñara con el regalo de máquinas de movimiento perpetuo. Gana fama y buena suerte. Sin embargo, la "advertencia" de Derkes no logró impedir la proliferación de máquinas de movimiento perpetuo.
A finales del año 19, alguien en Pensilvania, EE.UU., intentó utilizar imanes para sustituir el martillo del péndulo, e intentó utilizar el magnetismo para sustituir el mecanismo de relojería, pensando que podía mantener automáticamente la oscilación sin el mecanismo de relojería. , pero fue en vano. En el siglo XX se propusieron diseños más complejos y engañosos. Por ejemplo, algunas personas quieren "inventar" automóviles automáticos, otras quieren "crear" lavadoras automáticas, algunas personas quieren utilizar la "gravedad molecular" del agua para fabricar bombas de agua "automáticas" y otras quieren fabricar Generadores basados exclusivamente en imanes permanentes. Especialmente bajo el estímulo de la "crisis energética", estas actividades están aumentando y surgiendo una tras otra. A menudo se propone, de manera confusa, otro tipo de máquina de movimiento perpetuo. Por ejemplo, en la década de 1980, Gammy, un inventor de Washington, EE. UU., diseñó un motor Zero que utilizaba amoníaco líquido como fluido de trabajo para absorber el calor del entorno. El amoníaco pasó de líquido a gas, generando una presión de 4 atmósferas. a 0°C, lo que podría empujar El pistón funciona. Parece que no es necesario utilizar combustible. Explicó además que el gas amoniaco se expandirá y enfriará después de accionar el pistón, y se condensará automáticamente en el recipiente, para que pueda funcionar en un ciclo. En 1881, su diseño recibió el apoyo del ingeniero jefe de la Marina de los Estados Unidos y fue elogiado por el gobierno. Incluso el presidente de los Estados Unidos observó con interés el modelo de diseño. Es posible que hayan pensado que si este motor realmente tuviera éxito, la flota estadounidense no necesitaría estaciones de carbón y podría recolectar infinitas energías térmicas del océano. Pero el análisis científico revelará que el diseño de Gammy es un motor térmico de una sola fuente de calor, lo que viola la segunda ley de la termodinámica. Este es el segundo tipo de máquina de movimiento perpetuo que no se puede realizar. Si la invención de las máquinas de movimiento perpetuo es beneficiosa para la humanidad es que la gente puede aprender una lección de ella: todas las "creaciones" que violan las leyes naturales como la conversión y conservación de la energía están condenadas al fracaso.
En cuanto a la imposibilidad del movimiento perpetuo, también cabe mencionar al físico holandés Stephen. Antes del siglo XVI, en estática, ¿la gente sólo se ocupaba de la búsqueda? ¿Aún no se ha abordado la fuerza resultante de un sistema de fuerzas paralelas y su equilibrio, así como el problema de descomponer una fuerza en un sistema de fuerzas paralelas? El problema del equilibrio del sistema de fuerzas cruzadas. Para resolver este tipo de problema, ¿la gente lo reduce a resolver tres intercambios? El equilibrio de poder. La cuestión se resolvió mediante un inteligente debate. Si coloca una cadena uniforme ABC sobre una cuña vertical asimétrica (sin fricción), la cadena experimentará las fuerzas de reacción de las dos superficies de contacto y su propia gravedad. Resulta que son tres fuerzas convergentes. ¿La cadena se deslizará aquí o allá? Si es así, ¿qué camino tomar? Stephen se imaginó deteniendo la cuña en el aire y usando CDA para conectar la cadena en la parte inferior y mantenerla cerrada. Finalmente se solucionó el problema. La cadena que cuelga en la parte inferior se equilibra. Conecte las piezas colgantes con la cadena superior. Stephen dijo: "Si sientes que la cadena en la cuña está desequilibrada, puedo hacer una máquina de movimiento perpetuo". De hecho, si la cadena puede deslizarse, entonces debes deducir que la cadena cerrada se deslizará para siempre. Esto es obviamente absurdo; , y la respuesta debe ser Es la cadena la que no se mueve. ¿Le pagaron por ello? Las condiciones para el equilibrio de las tres fuerzas.
Pensó que esta prueba era muy emocionante, por lo que la puso en la portada de su libro "Hypomnemata Mathematica" y sus colegas la grabaron en sus lápidas para mostrar su respeto. La solución al problema del equilibrio de los sistemas de fuerzas cruzadas también marca la madurez de la estática.
Al darse cuenta de que las máquinas de movimiento perpetuo son imposibles, algunos países han impuesto restricciones a las máquinas de movimiento perpetuo. Por ejemplo, ya en 1775, la Academia de Ciencias de Francia decidió no publicar una comunicación sobre las máquinas de movimiento perpetuo. En 1917, la Oficina de Patentes de Estados Unidos decidió no aceptar una solicitud de patente para una máquina de movimiento perpetuo. A pesar de esto, el inventor de la máquina de movimiento perpetuo sigue avanzando ola tras ola y luchando tenazmente. Según F. Charlesworth, asesor adjunto de la Oficina Británica de Patentes, la primera patente británica para una máquina de movimiento perpetuo fue en 1635. Entre 1617 y 1903, la Oficina Británica de Patentes recibió aproximadamente 600 solicitudes de patentes para máquinas de movimiento perpetuo. Esto no incluye solicitudes de patentes para máquinas de movimiento perpetuo que utilizan el principio de gravedad. Sin embargo, en los Estados Unidos, después de 1917, todavía había muchos planes de movimiento perpetuo que fueron aceptados por la oficina de patentes sin ninguna pista del misterio.